如何选择合适的移液器?

为实验室任务选择合适的移液器至关重要,这凸显了移液准确性和效率在整个科学和医学研究中的重要性。本白皮书概述了两大类移液器——空气置换式和正置换式——并根据特定的工作流程要求提供了最佳使用移液器的技巧。

1 简介
使用移液器处理和转移少量液体的能力是许多科学和医疗程序的基础。因此,选择正确的移液器并使用正确的技术至关重要。为特定应用选择合适的移液器可以显著影响吞吐量和工作流程,最终改善结果并提高生产率。不同类型的移液工具可帮助实现最佳结果和更高的生产率,同时提供额外的好处,例如改进的人体工程学特性和针对特定应用的更好的功能。移液器有两种主要类型:空气置换和正位移。两种位移类型都使用活塞的直径和冲程长度来确定分配的液体量。本白皮书概述了常见类型的移液器,并提供了有关如何根据您的工作流程充分利用移液器的宝贵提示。

空气置换移液器

2 空气置换移液器
空气置换移液器是实验室中最常见的移液仪器。这些移液器的操作方式是将吸头末端放入液体样品中,然后释放柱塞按钮。当移液器活塞在体内向上移动时,会产生部分真空,液体样品会被吸入吸头内部以填充空隙。
空气置换式移液器:

  • 与水溶液一起使用时非常准确
  • 推荐用于标准应用
  • 依赖于技术

移液周期和技术
移液周期
使用任何空气置换式移液器时,移液周期包括四个主要步骤:

  1. 吸头装载
  2. 液体吸入(按下、保持并释放柱塞)
  3. 液体分配/吹出(按下、保持并释放柱塞)
  4. 吸头弹出
    在分配任何类型的液体时,此循环都会重复多次。所有手动空气置换移液器都使用相同的移液循环来分配液体。设置要分配的所需体积(微升),然后以稳定的速度按下/释放柱塞按钮到特定位置 - “第一”和“第二”停止(也称为“中性”和“吹出”)。第一停止允许吸入和/或分配液体,而第二停止控制吹出到指定的容器中(图 2)。
空气置换移液器和移液器操作

移液技术
移液技术可以说是提供准确体积的最关键因素之一,但它经常被忽视。培训不足、错误假设和对样品性质缺乏了解会极大地影响实验结果和可重复性。

正确的移液技术对于实现高精度至关重要。人们普遍认为,使用空气置换移液器获得的结果取决于技术。使用空气置换移液器时,有两种不同但功能强大的技术:正向和反向移液。每种技术都使用相同的移液循环,但某些步骤略有不同。对于应用或每种技术,这两种技术的最大区别取决于样品的性质和需要执行协议的温度。正向技术可以在移液水溶液时准确输送体积,而反向移液在处理具有挑战性的液体(例如粘稠、稠密)时是强烈推荐的。正向和反向移液之间的主要区别在于移液循环的前两个步骤(例如液体抽吸)。在执行正向技术时,柱塞被压到第一个停止点(图 3A)。使用反向技术,柱塞被压到第二个停止点(图 3B)。

3 正排量移液器
虽然正排量移液器不如空气排量移液器常见,但在实验室环境中经常看到。这些移液器使用一次性活塞和毛细管系统来使所选体积产生物理空隙。活塞与样品直接接触,当活塞向上移动时,样品被吸入毛细管(图 4)。

正排量移液器在移取水溶液时提供高精度,但通常建议用于粘稠、致密、挥发性和腐蚀性溶液。与一次性空气排量移液器吸头相比,正排量移液器使用的一次性毛细管和活塞更昂贵,因此当它们产生相同的结果时,建议使用空气排量移液器。

4 样品特性和移液器选择
样品类型和粘度

某些类型的移液器比其他类型的移液器更适合不同的样品类型。例如,粘稠样品可能需要不同的技术或移液器才能在实验中实现良好的准确性 - 较小的随机误差(精度)和/或较低的系统误差(真实度)。样品粘度通常会对空气置换移液器和吸头在移液过程中完全吸入和排出样品的能力产生不利影响。当移液与聚丙烯吸头表面发生疏水相互作用的液体时,这个问题会进一步加剧。

水性液体
液体的成​​分和性质会影响移液准确性。决定水性液体物理性质的三种物理机制是:

  • 表面张力
  • 内聚力
  • 粘附力

表面张力是指液体聚结成具有最小表面积的形状的趋势。内聚力是形成液体的分子的一种特性,它确定了液体的物理结构,使其在受到各种物理力时能够抵抗碎裂。粘附力是指液体与其表面相互作用的趋势。水样中表面张力和内聚力的存在直接归因于氢键。粘附力可能归因于疏水、静电或其他类型的相互作用。
其他液体类型,无论是有机的还是无机的,也可能表现出大量的内聚力和表面张力。内聚力和表面张力通常有助于液体在抽吸和分配过程中的移动,从而实现最佳的移液精度。粘附力通常会阻碍液体移动并对移液精度产生不利影响。内聚力和表面张力降低的液体以及表现出粘附力的液体通常会表现出更大的移液不准确性。许多添加剂会显著降低水性液体中的氢键,并可能对移液准确性产生不利影响。这些添加剂包括醇类和其他水溶性有机物、表面活性剂、脂肪酸和乙二醇。

挥发性有机液体
与水性液体相比,有机液体的表面张力通常较低,也可能具有挥发性。挥发性有机液体在普通室温下具有较高的蒸汽压。这种高蒸汽压是由于沸点较低,导致大量分子从液体中蒸发并进入周围空气,从而产生其特有的“有机”气味。有机分子排入封闭系统(例如吸头液柱顶部与移液器内活塞之间的空气空间)通常会导致压力增加。
这种压力增加,加上表面张力减小和粘度降低,通常会导致挥发性有机液体从移液器吸头末端滴落。由于转移的液体体积现在与移液器上的预设体积大不相同,因此液体损失导致移液精度显著下降。应该注意的是,在处理高挥发性或高蒸汽压的液体时,不建议使用这两种空气置换移液技术。在这种情况下,空气置换移液器的重现性可能会较差。

正向和反向移液技术

4 移液器选项
手动单通道移液器
紧凑且无处不在的单通道移液器可以说是任何生命科学设施中最常用的仪器。尽管新技术和技巧促进了突破性发现,但单通道移液器始终是必需的。此外,现代移液器的设计和尺寸原理基本保持不变(现代移液器发明于 1957 年),并经受住了最新的测定开发趋势。生命科学中很少有仪器如此多功能。生命科学的几乎每个分支都使用单通道移液器 - 从基础研究到生物技术、分子生物学、基因组学、基因治疗和免疫治疗的最新趋势 - 并且与任何测定格式和容器兼容,从单个比色皿、小瓶和离心管到培养皿、烧瓶和多孔板格式(最多 384 孔微孔板)。单通道移液器非常适合使用单个试管且体积通常较小的实验工作,例如 siRNA 转染,或用于细胞培养或蛋白质印迹等技术。

电子单通道移液器
电子移液器自 20 世纪 80 年代中期开始面世。在电子空气置换移液器中,抽吸和分配由微处理器控制,并通过按下扳机启动,而不是用拇指按下或释放柱塞按钮。大多数用户会发现使用电子移液器可以实现更一致的样品拾取和分配,提高准确性和可重复性,并且几乎消除了用户之间的差异。现代电子移液器应该操作简单,具有良好的用户界面和彩色屏幕。这些移液器用途广泛,可准确执行以下复杂任务:

  • 重复分配
  • 控制滴定
  • 连续稀释
  • 从精细样品中抽吸液体
  • 测量未知样品体积
    使用电子移液器,可以轻松编程活塞的重复运动以混合尖端内的两种溶液。带有抽吸和分配速度控制的电子移液器可用于移取各种液体。最快的速度最适合移取水性样品,而较慢的速度则适用于粘稠、起泡或剪切敏感的样品电子单通道移液器使分析准备工作变得高效而简单,并简化了长时间重复的移液工作(例如,在细胞的药物处理过程中)。
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